LIIKENTEEN ILMANLAATUVAIKUTUKSET TAMPEREEN POHJOLANKATU 25 KAAVA-ALUEEN YMPÄRISTÖSSÄ

Transkriptio

1 LIIKENTEEN ILMANLAATUVAIKUTUKSET TAMPEREEN POHJOLANKATU 25 KAAVA-ALUEEN YMPÄRISTÖSSÄ Birgitta Alaviippola Jatta Salmi Katja Lovén

2 LIIKENTEEN ILMANLAATUVAIKUTUKSET TAMPEREEN POHJOLANKATU 25 KAAVA-ALUEEN YMPÄRISTÖSSÄ Birgitta Alaviippola Jatta Salmi Katja Lovén ILMATIETEEN LAITOS ILMANLAADUN ASIANTUNTIJAPALVELUT Helsinki

3 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO TAUSTATIETOA ILMAN EPÄPUHTAUKSISTA Ilmanlaatuun vaikuttavat tekijät Typpidioksidi Hiukkaset Ilmanlaadun raja- ja ohjearvot MENETELMÄT Leviämismallilaskelmien kuvaus TUTKIMUSALUE JA LÄHTÖTIEDOT TULOKSET Typpidioksidipitoisuudet Pienhiukkaspitoisuudet YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET...17 VIITELUETTELO...18 LIITEKUVAT

4 1 JOHDANTO Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida leviämismallilaskelmin liikenteen päästöjen aiheuttamia ilmanlaatuvaikutuksia Tampereen korttelikaavakohteessa Pohjolankatu 25. Kaavoituskohde sijaitsee vilkasliikenteisen Kekkosentien läheisyydessä. Kaava-alue rajoittuu etelässä Pohjolankatuun ja idässä Salhojankatuun. Kortteliin kaavoitetaan asuinrakentamista: 8-kerroksisia uudisrakennuksia Kekkosentien varrelle ja senioriasumista Pohjolankadun puolelle. Tutkimuksessa tarkasteltiin tutkimusalueen ilmanlaatua nykyisiä liikennemääriä vastaavilla päästöillä. Autoliikenteen suorien päästöjen aiheuttamat ilmanlaatuvaikutukset maanpintatasolla arvioitiin sekä typpidioksidille (NO 2 ) että pienhiukkasille (PM 2,5 ). Lisäksi tarkasteltiin pitoisuuksien muodostumista rakennusten julkisivulle ja kattokorkeudelle ilmanvaihdon raittiinilmanottoaukkojen sijoittamisen tueksi. Työn tilasi Tampereen kaupunki. Liikennemäärä- ja päästötiedot mallilaskelmia varten toimitti Trafix Oy. Päästölaskelmat perustuvat Tampereen seudun liikennemallin (Tallimalli) liikennemääriin. Päästöjen leviämismallilaskelmat tehtiin Ilmatieteen laitoksen Ilmanlaadun asiantuntijapalveluissa. 2 TAUSTATIETOA ILMAN EPÄPUHTAUKSISTA 2.1 Ilmanlaatuun vaikuttavat tekijät Ilmanlaatua heikentävien ilmansaasteiden suurimpia päästölähteitä Suomessa ovat liikenne, energiantuotanto, teollisuus ja puun pienpoltto. Ilmansaasteita kulkeutuu Suomeen myös kaukokulkeumana maamme rajojen ulkopuolelta. Ilmansaasteiden päästöistä suurin osa vapautuu ilmakehän alimpaan kerrokseen, jota kutsutaan rajakerrokseksi. Rajakerroksessa päästöt sekoittuvat ympäröivään ilmaan ja ilmansaasteiden pitoisuudet laimenevat. Päästöt voivat levitä liikkuvien ilmamassojen mukana laajoille alueille. Tämän kulkeutumisen aikana ilmansaasteet voivat reagoida keskenään sekä muiden ilmassa olevien yhdisteiden kanssa muodostaen uusia yhdisteitä. Ilmansaasteet poistuvat ilmasta sateen huuhtomina (märkälaskeuma), kuivalaskeumana erilaisille pinnoille tai kemiallisen muutunnan kautta. Ilmansaasteiden leviäminen tapahtuu pääosin ilmakehän alimmassa osassa, rajakerroksessa. Sen korkeus on Suomessa tyypillisesti alle kilometri, mutta varsinkin kesällä se voi nousta yli kahteen kilometriin. Matalimmat rajakerroksen korkeudet havaitaan yleensä talvella kovilla pakkasilla. Rajakerroksen korkeus määrää ilmatilavuuden, johon päästöt voivat välittömästi sekoittua. Rajakerroksen tuuliolosuhteet määräävät karkeasti ilmansaasteiden kulkeutumissuunnan, mutta rajakerroksen ilmavirtausten pyörteisyys ja kerroksen korkeus vaikuttavat merkittävästi ilmansaasteiden sekoittumiseen ja pitoisuuksien laimenemiseen kulkeutumisen aikana. Leviämisen kannalta keskeisiä meteoro-

5 4 logisia tekijöitä ovat tuulen suunta ja nopeus, ilmakehän stabiilisuus ja sekoituskorkeus. Ilmakehän stabiilisuudella tarkoitetaan ilmakehän herkkyyttä pystysuuntaiseen sekoittumiseen. Stabiilisuuden määrää ilmakehän pystysuuntainen lämpötilarakenne. Inversiolla tarkoitetaan tilannetta, jossa ilmakehän lämpötila nousee ylöspäin mentäessä. Erityisesti maanpintainversion aikana ilmanlaatu voi paikallisesti huonontua nopeasti. Maanpintainversiossa maanpinta ja sen lähellä oleva ilmakerros jäähtyy niin, että kylmempi ilma jää ylempänä olevan lämpimämmän ilman alle. Kylmä pintailma ei raskaampana pääse kohoamaan yläpuolellaan olevan lämpimän kerroksen läpi, ja ilmakehän pystysuuntainen liike estyy. Inversiokerroksessa tuuli on hyvin heikkoa ja ilmaa sekoittava pyörteisyys on vähäistä, jonka vuoksi ilmansaasteet laimenevat huonosti. Inversiotilanteissa pitoisuudet kohoavat taajamissa etenkin liikenneruuhkien aikana, koska ilmansaasteet kerääntyvät matalaan ilmakerrokseen päästölähteiden lähelle. 2.2 Typpidioksidi Typen yhdisteitä vapautuu päästölähteistä ilmaan typen oksideina eli typpimonoksidina (NO) ja typpidioksidina (NO 2 ). Typpidioksidin pitoisuus on kaupunki-ilmassa yleensä pienempi kuin typpimonoksidin pitoisuus. Näistä yhdisteistä terveysvaikutuksiltaan haitallisempaa on typpidioksidi, jonka pitoisuuksia ulkoilmassa säädellään ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoilla. Typpidioksidin määrään ilmassa vaikuttavat myös kemialliset muutuntareaktiot, joissa typpimonoksidi hapettuu typpidioksidiksi. Ulkoilman typpidioksidipitoisuuksille altistuminen on suurinta kaupunkien keskustojen ja taajamien liikenneympäristöissä. Typpidioksidipitoisuudet kohoavat tyypillisesti ruuhka-aikoina. Korkeimmillaan typpidioksidipitoisuudet ovat erityisesti tyyninä ja kylminä talvipäivinä, jolloin myös energiantuotannon päästöt ovat suurimmillaan. Taajamien ja kaupunkien korkeimmat typpidioksidipitoisuudet aiheuttaa pääasiassa autoliikenne, vaikka energiantuotannon ja teollisuuden aiheuttamat päästöt (pistemäiset päästölähteet) olisivat määrällisesti jopa suurempia autoliikenteeseen verrattuna. Ihmiset altistuvat helposti liikenteen päästöille, sillä autojen pakokaasupäästöt vapautuvat hengityskorkeudelle. Typpidioksidille herkimpiä väestöryhmiä ovat lapset ja astmaatikot, joiden hengitysoireita kohonneet pitoisuudet voivat lisätä suhteellisen nopeasti. Pakkaskaudella tapahtuva typpidioksidipitoisuuden kohoaminen on erityisen haitallista astmaatikoille, koska jo puhtaan kylmän ilman hengittäminen rasituksessa aiheuttaa useimmille astmaatikoille keuhkoputkien supistusta ja typpidioksidi pahentaa tästä aiheutuvia oireita kuten hengenahdistusta ja yskää. Ilmatieteen laitoksella tehdyn ilmanlaadun alustavan arvioinnin (Pietarila ym., 2001) tulosten mukaan typpidioksidipitoisuuden raja-arvot voivat nykyisin ylittyä etenkin suurimpien kaupunkien vilkkaasti liikennöidyillä keskusta-alueilla lähinnä liikenneväylien ja risteyksien läheisyydessä. Korkeimmillaan vuosikeskiarvot ovat olleet ilmanlaadun mittausten mukaan Helsingin vilkasliikenteisimmillä alueilla noin µg/m 3. Yleensä Suomen kaupungeissa vuosikeskiarvot ovat noin µg/m 3. Puhtailla tausta-alueilla tehtyjen ilmanlaatumittausten mukaan

6 5 typpidioksidin vuosikeskiarvot ovat olleet Etelä-Suomessa noin 2 8 µg/m³ ja Pohjois- Suomessa noin 1 µg/m³. 2.3 Hiukkaset Ulkoilman hiukkaset ovat nykyisin merkittävimpiä ilmanlaatuun vaikuttavia tekijöitä Suomen kaupungeissa. Pienhiukkasia pidetään länsimaissa haitallisimpana ympäristötekijänä ihmisten terveydelle. Ulkoilman hiukkaset ovat taajamissa suurelta osin peräisin liikenteen ja tuulen nostattamasta katupölystä (ns. resuspensio) eli epäsuorista päästöistä. Hiukkaspitoisuuksia kohottavat myös nk. suorat hiukkaspäästöt, jotka ovat peräisin energiantuotannon ja teollisuuden prosesseista, autojen pakokaasuista ja puun pienpoltosta. Suorat hiukkaspäästöt ovat pääasiassa pieniä hiukkasia. Hiukkasiin on sitoutunut myös erilaisia haitallisia yhdisteitä kuten hiilivetyjä ja raskasmetalleja. Ulkoilman hiukkasten koko on yhteydessä niiden aiheuttamiin erilaisiin vaikutuksiin. Suurempien hiukkasten korkeat pitoisuudet vaikuttavat merkittävimmin viihtyvyyteen ja aiheuttavat likaantumista. Terveysvaikutuksiltaan haitallisempia ovat ns. hengitettävät hiukkaset ja pienhiukkaset, jotka kykenevät tunkeutumaan syvälle ihmisten hengitysteihin. Hengitettäville hiukkasille, joiden halkaisija on alle 10 mikrometriä (PM 10 ), on annettu ilmanlaadun ohje- ja raja-arvot. Hengitettävien hiukkasten pitoisuudet kohoavat erityisesti keväällä, jolloin jauhautunut hiekoitushiekka ja asfalttipöly nousevat ilmaan kuivilta kaduilta liikenteen nostattamana. Pienhiukkaset, joiden halkaisija on alle 2,5 mikrometriä (PM 2,5 ), ovat pääasiassa peräisin suorista autoliikenteen ja teollisuuden päästöistä ja kaukokulkeumasta, jonka lähde voi olla esimerkiksi metsä- ja maastopalot. Hiukkasten kokoluokkia on havainnollistettu kuvassa A. Suurimmat hiukkaspitoisuudet esiintyvät vilkkaasti liikennöidyissä kaupunkikeskustoissa. Suomessa hiukkaspitoisuudet kohoavat yleensä voimakkaasti keväällä maalis huhtikuussa, kun maanpinnan kuivuessa tuuli ja liikenne nostattavat katupölyä ilmaan. Liikenteen vaikutukset korostuvat matalan päästökorkeuden vuoksi. Hengitettäville hiukkasille annettu vuorokausiohjearvo ylittyy keväisin yleisesti Suomen kaupungeissa. Hengitettävien hiukkasten vuorokausipitoisuudelle annettu raja-arvo on sen sijaan ylittynyt viime vuosina vain Helsingin keskustassa. Maamme suurimpien kaupunkien keskusta-alueilla on mitattu useina vuosina yli 25 µg/m 3 :n hengitettävien hiukkasten pitoisuuden vuosikeskiarvoja. Hengitettävien hiukkasten vuosipitoisuudelle annettu raja-arvo 40 µg/m 3 on kuitenkin alittunut Suomessa. Pienempien kaupunkien keskusta-alueilla hengitettävien hiukkasten pitoisuuden vuosikeskiarvot voivat ylittää 20 µg/m 3 ja kaupunkien keskusta-alueiden ulkopuolella pitoisuudet ovat olleet yli 10 µg/m 3 (Pietarila ym., 2001). Puhtailla tausta-alueilla vuosikeskiarvopitoisuudet ovat olleet Etelä-Suomessa noin µg/m³ ja Pohjois- Suomessa noin 3 µg/m³. Pienhiukkasten vuosipitoisuudelle annettu raja-arvo 25 µg/m 3 ei ole ylittynyt Suomessa. Pienhiukkaspitoisuudet ovat Suomessa suurimmillaan pääkaupunkiseudun vilkasliikenteisillä alueilla, joilla vuosikeskiarvopitoisuudet ovat yli 10 µg/m 3. Keskisuurissa kaupungeissa ja Etelä-Suomen tausta-alueilla pienhiukkaspitoisuudet ovat noin 6 10 µg/m 3 (Alaviippola ym., 2010).

7 6 Hiukkasten kokoluokkia Pienet hiukkaset Suuret hiukkaset Jättiläishiukkaset Hiesu Hieno hiekka Karkea hiekka Sora Pilvi- ja sumupisarat Sa depisa rat Tupa ka nsav u Sementtipöly Lannoite- ja kalkkikivipöly JAUHOA Jauhot K aasumolekyylit Itiöt Siitepöly Virukset Bakteerit Hius Pisaroista kuivunut merisuola Liikenne Liikenteen ja tuulen nostattama pöly Energiantuotanto Energiantuot anto, lentotuhka 0,001 0,01 0, (1mm) (1cm) µm Kuva A. Hiukkasten kokoluokkia. Hiukkasten koko ilmaistaan halkaisijana mikrometreissä (µm). Mikro (µ) etuliite tarkoittaa miljoonasosaa. 1 µm on siten metrin miljoonasosa eli millimetrin tuhannesosa. 2.4 Ilmanlaadun raja- ja ohjearvot Leviämismallilaskelmilla tai ilmanlaadun mittauksilla saatuja ilmansaasteiden pitoisuuksia voidaan arvioida vertaamalla niitä ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin. EU-maissa voimassa olevat raja-arvot ovat sitovia ja ne eivät saa ylittyä alueilla, joissa asuu tai oleskelee ihmisiä. Raja-arvot eivät ole voimassa esimerkiksi teollisuusalueilla tai liikenneväylillä, lukuun ottamatta kevyen liikenteen väyliä. Kansalliset ilmanlaadun ohjearvot eivät ole yhtä sitovia kuin raja-arvot, mutta niitä käytetään esimerkiksi kaupunkisuunnittelun tukena ja ilman pilaantumisen vaaraa aiheuttavien toimintojen sijoittamisessa. Tavoitteena on ennalta ehkäistä ohjearvojen ylittyminen sekä taata hyvän ilmanlaadun säilyminen. Raja-arvot määrittelevät ilmansaasteille sallitut korkeimmat pitoisuudet. Raja-arvoilla pyritään vähentämään tai ehkäisemään terveydelle ja ympäristölle haitallisia vaikutuksia. Raja-arvon numeroarvon ylittyessä on siitä viipymättä tiedotettava väestölle. Jos raja-arvo ylittyy tai uhkaa ylittyä, on kunnan tehtävä ohjelmia tai suunnitelmia ilmanlaadun parantamiseksi ja raja-arvon ylitysten estämiseksi. Tällaisia toimia voivat olla

8 7 esimerkiksi määräykset liikenteen tai päästöjen rajoittamisesta. Ilmansaasteiden aiheuttamien terveyshaittojen ehkäisemiseksi ulkoilman typpidioksidin ja pienhiukkasten pitoisuudet eivät saisi ylittää taulukon 1 raja-arvoja alueilla, joilla ihmiset saattavat altistua ilmansaasteille. Taulukko 1. Terveyshaittojen ehkäisemiseksi annetut ulkoilman typpidioksidin ja pienhiukkasten pitoisuuksia koskevat raja-arvot (Vna 711/2001). Aine Keskiarvon laskenta-aika Raja-arvo µg/m 3 (293 K, 101,3 kpa) Sallittujen ylitysten määrä kalenterivuodessa (vertailujakso) Ajankohta, jolloin pitoisuuksien viimeistään tulee olla raja-arvoa pienemmät Typpidioksidi (NO 2 ) 1 tunti kalenterivuosi Pienhiukkaset (PM 2,5 ) kalenterivuosi Typen oksidien (NO x ) vuosiraja-arvo 30 µg/m 3 on annettu kasvillisuuden ja ekosysteemien suojelemiseksi ja se on voimassa laajoilla maa- ja metsätalousalueilla ja luonnonsuojelun kannalta merkityksellisillä alueilla. Ilmanlaadun ohjearvot on otettava huomioon suunnittelussa ja niitä sovelletaan mm. alueiden käytön, kaavoituksen, rakentamisen ja liikenteen suunnittelussa ja ympäristölupaharkinnassa. Ohjearvojen soveltamisen avulla pyritään ehkäisemään ilmansaasteiden aiheuttamia terveysvaikutuksia. Suomessa voimassa olevat ulkoilman typpidioksidin pitoisuuksia koskevat ilmanlaadun ohjearvot on esitetty taulukossa 2. Lisäksi taulukossa esitetään WHO:n suosituksenomaiset ohjearvot pienhiukkasten vuorokausipitoisuudelle ja vuosipitoisuudelle (WHO, 2006). WHO:n ohjearvot eivät ole osa Suomen lainsäädäntöä. Taulukko 2. Ulkoilman typpidioksidin ja pienhiukkasten pitoisuuksia koskevat ilmanlaadun ohjearvot (Vnp 480/1996, WHO, 2006). Ilmansaaste Ohjearvo (20 C, 1 atm) Tilastollinen määrittely Typpidioksidi (NO 2 ) 150 µg/m³ Kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste 70 µg/m³ Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo Pienhiukkaset (PM 2,5 ) 25 µg/m³ (WHO) Suurin vuorokausiarvo 10 µg/m³ (WHO) Vuosikeskiarvo

9 8 3 MENETELMÄT 3.1 Leviämismallilaskelmien kuvaus Ilmansaasteiden leviämismalleilla tutkitaan eri ilmansaasteiden kulkeutumista ilmakehässä ja ilmansaasteiden pitoisuuksien muodostumista tutkimusalueelle. Malleihin sisältyy usein myös laskentamenetelmiä, joiden avulla voidaan kulkeutumisen lisäksi tarkastella ilmansaasteiden muuntumista ja kemiallisia reaktioita ilmakehässä sekä poistumista ilmakehästä laskeumana. Tässä tutkimuksessa käytettiin Ilmatieteen laitoksella kehitettyjä leviämismalleja tieliikenteen päästöjen leviämisen kuvaamiseen ja ilmanlaatuvaikutusten arvioimiseen. Ilmatieteen laitoksen leviämismalleja on kehitetty pitkäjänteisesti tavoitteena tuottaa luotettavaa tietoa ilmanlaadusta mm. kaupunki- ja liikennesuunnittelun ja ilmansuojelutoimenpiteiden suunnittelun tueksi sekä pitoisuuksien ja väestön altistumisen arvioimiseksi. Mallien toimintaa on kehitetty lukuisissa tutkimusprojekteissa ja verifiointitutkimusten mukaan mallinnusten tulokset on todettu hyvin yhteensopiviksi Suomen taajamien ja teollisuusympäristöjen ilmanlaadun mittaustulosten kanssa. Nykyisissä Ilmatieteen laitoksen leviämismalleissa kuvataan tarkasti päästöjen vapautumisen jälkeistä päästöjen leviämistä ja laimenemista, ilmassa tapahtuvia päästöaineiden kemiallisia prosesseja sekä ilmansaasteiden poistumamekanismeja ilmakehästä. Malleihin sisältyy laskentamenetelmä typenoksidien kemialliselle muutunnalle. Liikenteen typenoksidipäästöt koostuvat typpidioksidista sekä typpimonoksidista, jota on valtaosa päästöistä. Osa typpimonoksidista hapettuu ilmassa terveydelle haitallisemmaksi typpidioksidiksi. Tässä selvityksessä käytetyillä leviämismalleilla voidaan arvioida ilmansaasteiden pitoisuuksia ja laskeumaa päästölähteiden lähialueilla. Autoliikenteen päästöjen aiheuttamia ilmanlaatuvaikutuksia arvioitiin viivalähdemallilla CAR-FMI (Contaminants in the Air from a Road; Karppinen, 2001; Härkönen ym., 2001). Kaaviokuva leviämismallin toiminnasta on esitetty kuvassa B.

10 9 Päästötiedot Meteorologiset tiedot Muut lähtötiedot Päästöjen laskenta Meteorologisten tietojen käsittelymalli Päästöaikasarja Meteorologinen aikasarja Paikkatiedot Tarkastelupisteet Leviämismalli Pitoisuuksien tunneittainen aikasarja Tilastollinen käsittely Tilastolliset tunnusluvut Graafinen käsittely Alueelliset pitoisuusjakaumat Kuva B. Kaaviokuva Ilmatieteen laitoksella kehitetyn leviämismallin, viivalähdemallin (CAR-FMI), toiminnasta. Leviämismallien lähtötiedoiksi tarvitaan tietoja päästöistä ja niiden lähteistä, mittaamalla ja mallittamalla saatuja tietoja ilmakehän tilasta sekä tietoja ilmansaasteiden taustapitoisuudesta tutkimusalueella. Lisäksi lähtötiedoiksi tarvitaan erilaisia paikkatietoja, kuten tietoa päästölähteiden sijainnista. Liikenteen päästölaskennassa huomioidaan liikennemäärät ja niiden tunneittainen vaihtelu, erityyppisten ajoneuvojen osuudet liikennemääristä, liikennevirtojen nopeudet ja ajoneuvokohtaiset nopeusriippuvaiset päästökertoimet. Leviämislaskelmia varten muodostetaan päästölähteille päästöaikasarjat, joissa on jokaiselle tarkastelujakson tunnille (1 3 vuotta, tuntia) laskettu päästömäärä erikseen eri ilmansaasteille. Leviämismallin tarvitseman meteorologisen aikasarjan muodostuksessa käytetään Ilmatieteen laitoksella kehitettyä meteorologisten tietojen käsittelymallia, joka perustuu ilmakehän rajakerroksen parametrisointimenetelmään (Rantakrans, 1990; Karppinen, 2001). Menetelmän avulla voidaan meteorologisten rutiinihavaintojen ja fysiikan perusyhtälöiden avulla arvioida rajakerroksen tilaan vaikuttavat muuttujat, joita tarvitaan ilmansaasteiden leviämismallilaskelmissa. Tarvittavat mittaustiedot saadaan Ilmatieteen laitoksen havaintotietokantaan tallennetuista sää-, auringonpaiste- ja radioluotaushavainnoista. Menetelmässä huomioidaan tutkimusalueen paikalliset tekijät, kuten leviämisalustan rosoisuus ja vuodenaikaiset albedoarvot (maanpinnan kyky heijastaa auringon säteilyä) eri maanpinnan laaduille. Laskelmissa käytetään yleensä 1 3 vuoden pituista tutkimusalueen sääolosuhteita edustavaa meteorologista aineistoa. Laskelmissa käytettäviksi sääasemiksi valitaan tutkimusaluetta lähimpänä sijaitsevat sääasemat, joilla mitataan kaikkia mallin tarvitsemia suureita. Tuulen suunta- ja nopeus-

11 10 tiedot muodostetaan kahden tai useamman sääaseman havaintojen etäisyyspainotettuna tilastollisena yhdistelmänä. Lopputuloksena saadaan leviämismalleissa tarvittavien meteorologisten tietojen tunneittaiset aikasarjat. Leviämismallit laskevat ilmansaasteiden pitoisuuksia tarkastelujakson jokaiselle tunnille laskentapisteikköön, joka muodostetaan kullekin tutkimusalueelle sopivaksi. Laskentapisteitä on yleensä useita tuhansia, ja niiden etäisyys toisistaan vaihtelee muutamasta kymmenestä metristä satoihin metreihin riippuen tutkimusalueen koosta ja tarkasteltavista kohteista. Mallin tuottamasta pitoisuusaikasarjasta lasketaan ilmanlaadun raja- ja ohjearvoihin verrannollisia tilastollisia suureita, jotka esitetään raportissa mm. pitoisuuksien aluejakaumakuvina ja taulukkoina. 4 TUTKIMUSALUE JA LÄHTÖTIEDOT Tutkimuksessa tarkasteltiin liikenteen päästöjen aiheuttamia ilmanlaatuvaikutuksia Tampereen Pohjolankatu 25:n korttelikaava-alueella, jonne kaavoitetaan asuinrakentamista. Tutkimuksessa tarkasteltiin liikenteen päästöjen aiheuttamia ulkoilman typpidioksidi- ja pienhiukkaspitoisuuksia hengityskorkeudella sekä valittujen rakennusten julkisivulla ja kattokorkeudella ilmanvaihdon raittiinilmanottojen suunnittelua varten. Kuvassa C on havainnollistettu kaavoitettavan alueen uudet ja nykyiset asuinrakennukset ja kuvassa D on esitetty Pohjolankatu 25:n korttelikaavoituskohteen sijainti Tampereella Kuva C. Korttelikaavakohteen Pohjolankatu 25 uudisrakennukset ja vanhojen rakennusten laajennukset (kuva: KSOY Arkkitehtuuria). Numeroin 1 3 on merkitty rakennukset, joille tehtiin julkisivutarkastelut.

12 11 Kuva D. Tampereen korttelikaavakohteen Pohjolankatu 25 sijainti. Katujen ja teiden autoliikenteen päästöt toimitti Trafix Oy. Päästölaskelmat perustuvat Tampereen seudun liikennemallin (Talli-malli) liikennemääriin ja Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen (VTT) arvioimiin ajoneuvoluokkakohtaisiin päästökertoimiin (Laurikko, 1998). Päästöt pohjautuvat vuoden 2005 liikennemääriin. Päästöt kuvasivat iltapäivähuipputunnin tilannetta. Huipputunnin päästöt laajennettiin vuorokausitasoisiksi liikennemäärien havaittujen jakaumien avulla. Mallilaskelmissa otettiin huomioon kaava-aluetta ympäröivien katujen ja teiden liikenteen päästöt noin 3 km 3 km alueelta. Tieosuuksittaiset päästöt ja keskimääräiset arkivuorokausien liikennemäärät (KAVL) on esitetty liitekuvissa 1 2. Tutkimusalueen lähikatujen liikenteen lisäksi mallilaskelmissa on huomioitu tutkimusalueen ulkopuolelta kulkeutuneiden päästöjen aiheuttama taustapitoisuus. Typpidioksidin ja pienhiukkasten alueellinen taustapitoisuus arvioitiin Helsingin seudun ympäristöpalveluiden (HSY) Luukin ilmanlaadun mittausaseman vuosien tuloksista (Ilmanlaatuportaali, 2010). Typpidioksidin taustapitoisuus on vuosikeskiarvona suuruusluokaltaan noin 6 µg/m³ ja pienhiukkasten vuosikeskiarvopitoisuus on noin 7 µg/m³. Laskelmissa huomioitiin dieselkatalysaattoriajoneuvojen yleistymisen myötä lisääntyvä typpidioksidin (NO 2 ) osuus typenoksidipäästöistä. Nykytilanteen leviämismallilaskelmissa on oletettu autoliikenteen typenoksidipäästöistä olevan keskimäärin 19 % typpidioksidia.

13 12 Typenoksidipäästöjen muutunnan kuvaamiseen käytettiin Helsingin seudun ympäristöpalveluiden Luukin ilmanlaadun mittausaseman otsonihavaintoja (Ilmanlaatuportaali, 2010). Otsonin taustapitoisuuksina käytettiin pitoisuuksien kuukausittain laskettuja tunneittaisia keskiarvoja, joilla pyrittiin kuvaamaan taustapitoisuuksien vuorokauden sisäistä vaihtelua. Tutkimusalueen ilmastollisia olosuhteita edustava meteorologinen aikasarja muodostettiin Tampere-Pirkkalan lentoaseman sekä Tampereen Siilinkarin sääasemien vuosien havainnoista. Sekoituskorkeuden määrittämiseen käytettiin Jokioisten observatorion radioluotaushavaintoja vuosilta Kuvassa D on esitetty tuulen suunta- ja nopeusjakaumat tutkimusalueella. Etelä- ja lounaistuulet ovat tutkimusalueella vallitsevia. Kuva E. Tuulen suunta- ja nopeusjakauma tutkimusalueella vuosina Lasketut tuulitiedot kuvaavat olosuhteita 10 metrin korkeudella maan pinnasta.

14 13 5 TULOKSET 5.1 Typpidioksidipitoisuudet Leviämismallilaskelmien tuloksina saadut autoliikenteen päästöjen aiheuttamat ulkoilman typpidioksidipitoisuuksien maksimiarvot kaava-alueen ympäristössä on esitetty taulukossa 3. Tutkimusalueen suurimmat pitoisuudet sijoittuivat Kekkosentien ja sen liittymien risteysalueille. Tampereen seudun liikennemallin (Talli-malli) mukaan Kekkosentien keskimääräinen arkivuorokausien liikennemäärä (KAVL) kaavakohteen kohdalla on noin ajoneuvoa vuorokaudessa (liitekuva 1). Taulukko 3. Leviämismallilaskelmilla lasketut tutkimusalueen suurimmat ulkoilman typpidioksidipitoisuudet. Suurimmat pitoisuudet sijoittuvat Kekkosentielle. Raja- tai ohjearvo Typpidioksidipitoisuus (µg/m³) Vuosikeskiarvo 40 (* 23 Korkein vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus 70 (** 52 Korkein tuntiohjearvoon verrannollinen pitoisuus 150 (** 107 Korkein tuntiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus 200 (* 104 (* kansallinen ja EU:n raja-arvo (** kansallinen ohjearvo Typpidioksidipitoisuuksien alueellinen vaihtelu käy ilmi raportin liitekuvista 3 4. Leviämislaskelmien tuloksena saadut tutkimusalueen korkeimmat typpidioksidipitoisuudet muodostuivat Kekkosentielle. Korkein vuosikeskiarvopitoisuus oli 26 µg/m 3 raja-arvon ollessa 40 µg/m 3. Kekkosentietä lähimpänä olevien uudisrakennusten kohdalla pitoisuudet olivat noin µg/m 3 ja Pohjolankadun puolella palvelukeskuksen ja senioriasuntojen alueella alle 15 µg/m 3. Myös typpidioksidipitoisuuden tunti- ja vuorokausiohjearvot alittuvat Kekkosentien varrella. Pohjolankatu 25:n kaava-alueella typpidioksidipitoisuudet ovat korkeintaan 60 % vuorokausiohjearvosta. Kuvassa F on esitetty pylväin leviämislaskelmien tuloksina saatujen tutkimusalueen suurimpien typpidioksidipitoisuuksien suhde maassamme voimassa oleviin ilmanlaadun raja- ja ohjearvoihin. Pohjolankatu 25:n korttelikaavakohteen alueella pitoisuudet ovat näitä kuvaajassa esitettyjä arvoja pienempiä. Kekkosentien varrelle suunniteltujen uudisrakennusten julkisivuille mallinnettiin typpidioksidipitoisuudet eri korkeuksille raittiinilmanottoaukkojen sijoittamisen tueksi. Rakennusten 1 3 sijainnit on esitetty kuvassa C ja julkisivuille mallilaskelmissa saadut pitoisuudet on esitetty kuvassa G. Maanpinnalla typpidioksidin vuosikeskiarvopitoisuus on noin 15 µg/m 3 ja pitoisuus pienenee ylöspäin noustessa. Rakennusten kattokorkeuksilla (h=26 m) typpidioksidin vuosipitoisuus on noin 9 µg/m 3 eli noin 60 % maanpintatason pitoisuudesta.

15 % 90 % 100 % = Raja- tai ohjearvo 80 % 70 % 71 % 74 % 60 % 50 % 40 % 30 % 52 % 58 % 20 % 10 % 0 % 99 % tunti 2. vrk 19. tunti vuosi Ohjearvo Raja-arvo Kuva F. Liikenteen aiheuttamat korkeimmat typpidioksidin (NO 2 ) pitoisuudet tutkimusalueen maanpintatasossa suhteessa (%) ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin. Suurimmat pitoisuudet sijoittuvat Kekkosentielle. Pohjolankatu 25:n kaava-alueella pitoisuudet ovat pienempiä Raja-arvo = 40 µg/m 3 NO 2 vuosipitoisuus (µg/m 3 ) Kekkosentie: rakennus 1 Kekkosentie: rakennus 2 Kekkosentie: rakennus Julkisivun korkeus (m) Kuva G. Liikenteen päästöjen aiheuttamat korkeimmat typpidioksidin vuosikeskiarvopitoisuudet Pohjolankatu 25:n kaavakohteen julkisivujen eri korkeuksilla ja kattotasolla. Vertikaalipitoisuudet mallinnettiin kolmen Kekkosentien varrelle suunnitellun kerrostalon julkisivuille.

16 Pienhiukkaspitoisuudet Leviämismallilaskelmien tuloksina saadut autoliikenteen päästöjen aiheuttamat ulkoilman pienhiukkaspitoisuuksien maksimiarvot kaava-alueen ympäristössä on esitetty taulukossa 4. Tutkimusalueen suurimmat pitoisuudet sijoittuivat Kekkosentien ja sen liittymien risteysalueille. Taulukko 4. Leviämismallilaskelmilla lasketut tutkimusalueen suurimmat ulkoilman pienhiukkaspitoisuudet. Suurimmat pitoisuudet sijoittuvat Kekkosentielle. Raja- tai ohjearvo Pienhiukkaspitoisuus (µg/m³) Vuosikeskiarvo 25 (*, 10 (** 9,0 Korkein vuorokausipitoisuus 25 (** 15 (* kansallinen ja EU:n raja-arvo (** WHO:n ohjearvo Pienhiukkaspitoisuuksien alueellinen vaihtelu käy ilmi raportin liitekuvasta 5. Leviämislaskelmien tuloksena saadut tutkimusalueen korkeimmat pienhiukkaspitoisuudet muodostuivat Kekkosentielle. Vuosikeskiarvopitoisuus on tutkimusalueella korkeimmillaan 9 µg/m 3 alittaen pienhiukkasille määritetyn EU:n vuosiraja-arvon 25 µg/m 3 ja WHO:n vuosiohjearvon 10 µg/m 3. Kaavoitusalueella vuosikeskiarvo on alle 8 µg/m 3. Mallilaskelmissa on huomioitu liikenteen päästöjen aiheuttamien pienhiukkaspitoisuuksien lisäksi alueellinen pienhiukkasten taustapitoisuus, joka on tällä alueella vuosikeskiarvona noin 7 µg/m 3. Kuvassa H on esitetty pylväin leviämislaskelmien tuloksina saatujen tutkimusalueen suurimpien pienhiukkaspitoisuuksien suhde maassamme voimassa olevaan pienhiukkasten raja-arvoon ja suosituksenomaisiin WHO:n ohjearvoihin. Pohjolankatu 25:n korttelikaavakohteen alueella pitoisuudet ovat näitä arvoja pienempiä. Kekkosentien varrelle suunniteltujen uudisrakennusten julkisivuille mallinnettiin pienhiukkaspitoisuudet eri korkeuksille julkisivuja raittiinilmanottoaukkojen sijoittamisen tueksi. Rakennusten 1 3 sijainnit on esitetty kuvassa H ja julkisivuille mallilaskelmissa saadut pitoisuudet on esitetty kuvassa I. Maanpinnalla pienhiukkasten vuosikeskiarvopitoisuus on noin 8 µg/m 3 ja pitoisuus pienenee ylöspäin noustessa. Rakennusten kattokorkeuksilla (h=26 m) pienhiukkasten vuosipitoisuus on noin 7 µg/m 3. Pitoisuus pienenee korkeuden noustessa vain vähän, sillä pienhiukkasten taustapitoisuus muodostaa valtaosan havaittavista ilman pienhiukkaspitoisuuksista.

17 % 90 % 80 % 100 % = Raja- tai ohjearvo 90 % 70 % 60 % 60 % 50 % 40 % 36 % 30 % 20 % 10 % 0 % vuosi vuosi vuorokausi EU raja-arvo WHO ohjearvo Kuva H. Liikenteen aiheuttamat korkeimmat pienhiukkasten (PM 2,5 ) pitoisuudet tutkimusalueen maanpintatasossa suhteessa (%) ilmanlaadun raja-arvoon ja ohjeellisiin WHO:n ohjearvoihin. Suurimmat pitoisuudet sijoittuvat Kekkosentielle. Pohjolankatu 25:n kaava-alueella pitoisuudet ovat pienempiä. 8.5 Raja-arvo = 25 µg/m 3 PM 2,5 vuosipitoisuus (µg/m 3 ) Kekkosentie: rakennus 1 Kekkosentie: rakennus 2 Kekkosentie: rakennus Julkisivun korkeus (m) Kuva I. Liikenteen päästöjen aiheuttamat korkeimmat pienhiukkasten vuosikeskiarvopitoisuudet Pohjolankatu 25:n kaavakohteen julkisivujen eri korkeuksilla ja kattotasolla. Vertikaalipitoisuudet mallinnettiin kolmen Kekkosentien varrelle suunnitellun kerrostalon julkisivuille.

18 17 6 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin liikenteen päästöjen aiheuttamia ilmanlaatuvaikutuksia Tampereen Pohjolankatu 25:n korttelikaava-alueella. Tälle asuinrakentamiseen kaavoitettavalle alueelle tulisi suunnitelmien mukaan 8-kerroksisia asuinrakennuksia vilkasliikenteisen Kekkosentien varrelle. Pohjolankadun puoli kaavoitusalueesta on varattu senioriasumiselle. Tutkimuksessa tarkasteltiin liikenteen suorien päästöjen aiheuttamia typpidioksidi- ja pienhiukkaspitoisuuksia lähialueen ulkoilmassa maanpintatasolla. Ilmanvaihdon raittiinilmanottoaukkojen sijoittamista varten tarkasteltiin myös pitoisuuksien muodostumista julkisivulle ja kattotasolle. Raitis ilma johdetaan asuinrakennuksiin suunnitelmien mukaan joko seinän tai katon kautta. Leviämislaskelmissa käytetyt liikenteen päästöt toimitti Trafix Oy. Päästölaskelmat perustuvat Tampereen seudun liikennemallin (Talli-malli) vuoden 2005 liikennemääriin. Leviämislaskelmista saatuja pitoisuustuloksia on verrattu maassamme voimassa oleviin terveysvaikutusperusteisiin ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin sekä pienhiukkasten osalta myös WHO:n suosituksenomaisiin ohjearvoihin. Laskennassa on huomioitu myös tutkittujen epäpuhtauksien alueellinen taustapitoisuus. Liikenteen aiheuttamat pitoisuudet olivat tutkimusalueella suurimmillaan Kekkosentiellä. Pohjolankadun korttelikaavoituskohteessa korkeimmat typpidioksidin vuosirajaarvoon verrannolliset pitoisuudet olivat noin % raja-arvosta. Typpidioksidin lyhytaikaispitoisuudet olivat noin % typpidioksidin tunti- ja vuorokausiohjearvoista. Pienhiukkasten vuosipitoisuudet olivat kaavoitusalueella noin 30 % EU:n rajaarvosta ja 80 % WHO:n ohjearvosta. WHO:n ohjearvot ovat suosituksenomaisia eivätkä ne ole Suomessa virallisesti voimassa. Kaavoituskohteen julkisivuille eri korkeuksille mallinnetut typpidioksidipitoisuudet ja pienhiukkaspitoisuudet pienenivät ylöspäin mentäessä. Kattokorkeudella typpidioksidipitoisuudet olivat noin 20 % vuosiraja-arvosta ja pienhiukkaspitoisuudet alle 30 % vuosiraja-arvosta. Leviämismallilaskelmissa käytettyjen liikennemäärä- ja päästötietojen perusteella ilmanlaatu Kekkosentien varrella alittaa ilmanlaadun ohje- ja raja-arvot. Kaavoituskohteen ilmanlaatu vastaa keskimääräistä kaupunki-ilman laatua. Liikenteen päästöjen aiheuttamat pitoisuudet laskevat kun etäisyys ajoväylästä ja korkeus maanpintatasolta kasvaa. Vilkkaimpien liikenneväylien lähialueelle rakennettavien rakennusten raittiinilmanotot olisi suositeltavinta sijoittaa mahdollisimman etäälle ajoväylästä ja mahdollisimman korkealle maanpintatasosta.

19 18 VIITELUETTELO Alaviippola, B., Salmi, T. & Pietarila, H., Ilmanlaadun arviointi Suomessa. Pienhiukkaset (PM 2,5). Ilmatieteen laitos, Ilmanlaadun asiantuntijapalvelut. 43 s. + 5 liites. Härkönen, J., Nikmo, J., Karppinen, A., and Kukkonen, J., A refined modelling system for estimating the emissions, dispersion, chemical transformation and dry deposition of traffic-originated pollution from a road. In: Cuvelier, C. et al., Seventh International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes, Joint Research Centre, European Commission, Ispra, Italy, pp Ilmanlaatuportaali, Karppinen, A., Meteorological pre-processing and atmospheric dispersion modelling of urban air quality and applications in the Helsinki metropolitan area. Academic dissertation. Finnish Meteorological Institute, Contributions No. 33, Helsinki. Laurikko, J. K., On exhaust from petrol-fuelled passenger cars at low ambient temperatures. VTT julkaisu 348. Pietarila, H., Salmi, T., Saari, H. & Pesonen, R., Ilmanlaadun alustava arviointi Suomessa. Rikkidioksidi, typen oksidit, PM 10 ja lyijy. The preliminary assessment under the EC air quality directives in Finland. SO 2, NO 2 /NO x, PM 10, lead. Ilmatieteen laitos, Ilmanlaadun tutkimus. Rantakrans, E., Uusi menetelmä meteorologisten tietojen soveltamiseksi ilman epäpuhtauksien leviämismalleissa. Ilmansuojelu-uutiset 1/90, s Vnp 480/1996. Valtioneuvoston päätös ilmanlaadun ohjearvoista ja rikkilaskeuman tavoitearvoista. Annettu Vna 711/2001. Valtioneuvoston asetus ilmanlaadusta. Annettu WHO, WHO Air quality guidelines. Particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulphur dioxide. Global update Copenhagen, WHO Regional Office for Europe.

20 L I I T E K U V A T Seuraavissa karttakuvissa on esitetty laskentapisteittäisistä keskiarvoista samanarvonviivoin muodostetut korkeimpien pitoisuuksien alueet, joilla tietyn pitoisuuden ylittyminen on pitkän havaintojakson aikana todennäköistä. Laskentapiste, johon muodostui koko tutkimusalueen suurin pitoisuus, on esitetty kuvassa valkoisella tähdellä. Pitoisuuksien aluejakaumat eivät edusta koko tulostusalueella yhtä aikaa vallitsevaa pitoisuustilannetta vaan ne kuvaavat eri päivinä ja eri tunteina esiintyvien, raja- ja ohjearvoihin verrannollisten pitoisuuksien maksimitasoa tutkimusalueen eri osissa. Suurimman osan ajasta pitoisuudet ovat kaikissa laskentapisteissä selvästi pienempiä kuin aluejakaumakuvissa esitetyt korkeimmat arvot. Lisäksi suurimmassa osassa tutkimusaluetta pitoisuudet ovat jatkuvasti merkittävästi pienempiä kuin niissä kohteissa, joissa maksimiarvot esiintyvät. Pitoisuuksien aluejakaumissa esiintyy kohonneiden pitoisuuksien kielekkeitä, joiden sijaintiin vaikuttaa varsinkin tuulen pysyvyys pitkällä tarkastelujaksolla tietyssä ilmansuunnassa. Maanpinnan muodot voivat aiheuttaa aluejakaumiin erillisiä suppeita alueita, joissa pitoisuudet ovat joko korkeampia tai matalampia kuin lähiympäristössään.

21 TAMPERE POHJOLANKATU 25 Typenoksidipäästöt [kg/a/m] > < Lappi 2009 Tele Atlas NV, MapInfo StreetPro Ilmatieteen laitos Tammela metriä Petsamo = korttelikaavakohteen sijainti Kuva 1. Liikenteen typenoksidipäästöt (kg/a/m) ja liikennemäärät (KAVL, ajoneuvoa/vrk).

22 TAMPERE POHJOLANKATU 25 Hiukkaspäästöt [kg/a/m] > 0,5 0,1-0,5 0,05-0,1 < 0, Lappi 2009 Tele Atlas NV, MapInfo StreetPro Ilmatieteen laitos Tammela metriä Petsamo = korttelikaavakohteen sijainti Kuva 2. Liikenteen hiukkaspäästöt (kg/a/m) ja liikennemäärät (KAVL, ajoneuvoa/vrk).

23 TAMPERE POHJOLANKATU Tele Atlas NV, MapInfo StreetPro 3495 NO2 vuosikeskiarvo Raja-arvo = 40 µg/m³ 0 50 metriä 100 > < 10 Ilmatieteen laitos 2010 = maksimi = 23 µg/m³ = raja-arvo [µg/m³] Kuva 3. Typpidioksidin korkein vuosikeskiarvopitoisuus (µg/m³).

24 TAMPERE POHJOLANKATU Tele Atlas NV, MapInfo StreetPro 3495 NO2 vuorokausikeskiarvo Ohjearvo = 70 µg/m³ 0 50 metriä 100 > < 35 Ilmatieteen laitos 2010 = maksimi = 52 µg/m³ = ohjearvo [µg/m³] Kuva 4. Typpidioksidin korkein vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus (µg/m³).

25 TAMPERE POHJOLANKATU Tele Atlas NV, MapInfo StreetPro 3495 PM2,5 vuosikeskiarvo Raja-arvo 25 µg/m³ > 8,5 8,0-8,5 7,5-8,0 < 7,5 metriä Ilmatieteen laitos 2010 = maksimi = 9 µg/m³ ,5 25 = raja-arvo [µg/m³] Kuva 5. Pienhiukkasten korkein vuosikeskiarvopitoisuus (µg/m³).

26 Ilmanlaadun asiantuntijapalvelut PL HELSINKI puh. (09) Air quality expert services P.O.Box 503 FIN HELSINKI tel airquality.services@fmi.fi I L M AT I E T E E N L A I T O S F I N N I S H M E T E O R O L O G I CA L I N S T I T U T E